網絡RTK技術在水工測量中的應用

高紅光，魏 強，吳成群

（1．內蒙古自治區水利水電勘測設計院，010020，呼和浩特；2．內蒙古自治區測繪院，010051，呼和浩特）

網絡RTK技術在水工測量中的應用

高紅光1，魏 強2，吳成群1

（1．內蒙古自治區水利水電勘測設計院，010020，呼和浩特；2．內蒙古自治區測繪院，010051，呼和浩特）

全球衛星定位系統；常規RTK；網絡RTK；水利工程測量

隨著全球衛星定位系統（GPS）技術的發展以及我國自行研發的北斗衛星導航系統2012年完成對亞太地區的全面覆蓋，GPS技術特別是實時動態測量系統（RTK）在測量中的應用越來越廣泛。與傳統測量技術相比, GPS RTK技術因其定位精度高和測量的實時性、高效性與全天候性，將逐步取代傳統測量成為大地測量、工程測量、城市規劃測量、變形監測、水利工程測量等工作領域的主要測量作業手段。然而受基準站和流動站間距離、周邊測量環境及電臺功率衰減的影響，常規RTK測量的數據傳輸效果和精度都受到很大限制，為了克服這些缺陷，且隨著Internet技術、無線通信技術和計算機網絡管理技術的高速發展，網絡RTK技術目前在測量領域受到了高度重視。

一、常規RTK技術與網絡RTK技術

RTK（Real—time kinematic）實時動態測量是全球衛星導航定位技術與數據通信技術相結合的載波相位實時動態差分定位技術，能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，是GPS應用的重大里程碑，極大地提高了測量外業作業效率。

常規RTK作業模式由基準站、流動站、電臺和數據鏈組成。其工作原理是以測區內高等級控制點作為基準點,安置一臺GPS接收機作為基準站,對衛星進行連續觀測,流動站上的GPS接收機在接收衛星信號的同時,通過無線電傳輸設備接收基準站上無線電臺發來的基準站的觀測值和測站坐標信息,流動站上的GPS手簿根據相對定位的原理實時解算整周模糊度未知數并計算顯示流動站的三維坐標，同時給出厘米級定位結果。

常規RTK技術在水利測量應用中遇到的最大問題就是參考站校正數據的有效作用距離和無線數據鏈電臺信號衰減帶來的對作業半徑的制約。GPS誤差的空間相關性隨參考站和移動站距離的增加而逐漸失去線性，因此在較長距離下經過差分處理后的用戶數據仍然含有很大的觀測誤差，從而導致定位精度的降低和難以正確確定整周模糊度，無法獲得固定解。為了保證得到滿意的定位精度，常規RTK的作業半徑就會受到極大限制。而且無線數據鏈電臺信號在傳輸過程中易受外界環境影響，如高大建筑物、山體、樹林和各種高頻信號源的干擾，使得無線電信號在傳輸過程中衰減嚴重，這也是一個制約常規RTK的測量精度和作業半徑的重要因素。

為了克服常規RTK技術作業半徑受限的缺陷，并隨著Internet技術、計算機技術和無線通信技術的快速發展，人們提出了網絡RTK技術。網絡RTK是由基準站網、數據處理中心、數據通信鏈路和用戶組成，它集Internet、無線通信、計算機網絡管理和GPS定位技術于一體，有效地克服了常規RTK測量中測站間距的限制，且不需要架設基準站，在保障了測量精度的條件下，其有效測量距離可以達到幾十甚至上百km。

網絡RTK技術是在一定區域內建立多個基準站，對該地區構成網狀覆蓋，并進行連續跟蹤觀測，通過這些站點組成衛星定位觀測值的網絡解算，獲取覆蓋該地區和該時間段的RTK改正參數，該區域內RTK用戶利用基準站的載波相位觀測數據，與流動站的觀測數據進行實時差分處理并解算整周模糊度，通過差分消去了絕大部分誤差。在網絡RTK技術中，常規RTK測量中的線性衰減的單點GPS誤差模型被區域型的GPS網絡誤差模型所取代，即用多個實時或虛擬的參考站組成的GPS網絡來估計一個地區的GPS誤差模型，并為網絡覆蓋地區的用戶提供校正數據，而用戶收到的也不是某個實際參考站的觀測數據，而是一個虛擬參考站的數據和距離自己位置較近的某個參考網格的校正數據，所以網絡RTK技術在不受基準站距離限制下，可以實時提供精度均勻的厘米級定位服務，而且比傳統的常規RTK測量效率提高30%左右。網絡RTK根據其解算模式又可以分為單基站RTK技術、虛擬基站技術（VRS）、主副站技術（MAC）。隨著網絡RTK技術的快速發展，其在國內外測量領域已有較廣泛的應用。

二、網絡RTK技術在水利工程測量中將應用廣泛

水利工程項目的測量內容主要有控制測量、河道地形圖、輸水線路地形圖、河道橫斷面、渠道和堤防縱橫斷面測量等。這些測量的一大特點就是測區呈細條的狹長帶狀分布，導致測量過程中為了保證測量精度和流動站信號的穩定性需要頻繁遷移基準站而影響了測量效率。而網絡RTK技術的應用則很好地解決了這些問題，不僅提高了測量作業的效率也保障了測量精度。

以黃河內蒙古河段河道橫斷面測量項目為例。該項目作業范圍為沿黃河測量黃河河道橫斷面，由于河道為狹長形狀，且每條黃河河道橫斷面布設間距在5km左右。由于黃河河道的影響，測量過程中采用每條斷面左右岸分開測量的方法進行測量。如果采用常規的RTK測量方法，為了保證測量的精度及流動站差分信號的穩定，架設一次基準站的無線數據鏈信號最多能使流動站測到4條斷面，完成這幾條河道橫斷面后就需要搬移重新架設基準站，還需要重新校核，這中間至少浪費了1個小時時間，每個作業人員每天最多僅能完成3條斷面的測量。而如果采用網絡RTK測量，作業過程中不會出現因離基準站過遠、流動站無法達到固定解需要重新建設基準站的情況。為此本項目采用了基于中海達CORS基站的網絡RTK測量模式，網絡RTK技術在本項目中的應用使得平均每個作業人員每天能完成4～5條河道橫斷面的測量，工作效率提高了近40%（圖1）。

圖1 黃河內蒙古段河道橫斷面布置及河道走勢局部圖

為了驗證網絡RTK測量精度和信號穩定性與基準站距離之間的關系，在本項目測量過程中特意安排一天時間對沿線黃河兩岸布設的約100km范圍內的25個D級GPS控制點采用網絡RTK方法進行觀測，最終將觀測結果與控制點成果進行比對，比測精度如表1。

表1 比測精度比對表

經統計，平面定位中誤差為0.015 m，高程定位中誤差為0.011 m，平面及高程精度均滿足 (SL 197—2013)《水利水電工程測量規范》的技術要求。使用網絡RTK技術不僅大大提高了工作效率，節約了人力資源，而且在測量過程中只要有穩定的手機網絡信號，流動站達到固定解的時間均不會超過10 s。

三、結 論

利用網絡RTK進行測量不受天氣、地形、通視、作業范圍等條件限制，操作簡單、機動性強，不需要專門架設基準站節約了一臺GPS接收機的物力成本，不需要安排固定人員留守看護基準站節約了人力成本，不需要測量過程中因基準站無線數據鏈信號距離受限而搬遷基準站，節省了時間成本。網絡RTK測量的精度不僅不受到距離影響，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問題。網絡RTK技術與常規RTK技術相比，無論是在作業領域、作業范圍、測量精度、可靠性和工作效率性等方面均具有非常大的優勢，必將帶來測繪行業的一次巨大飛躍和變革。隨著通信技術、Internet技術的不斷發展，網絡RTK測量技術必將在更廣闊的領域得到更多的應用，水利工程建設測量也受惠其中。 ■

[1]葉成濤,等.淺析網絡RTK測量技術的應用及前景[J].建筑工程技術與設計,2014（12）.

[2]生仁軍,等.網絡RTK與PPP定位模型研究及試驗分析 [J].測繪通報, 2010(5).

[3]全球定位系統實時動態測量（RTK）技術規范（CH／T 2009—2010）[S].2010.

[4]史先領,等.網絡RTK中幾種實用技術的分析比較[J].海洋測繪,2006(5).

責任編輯 李建章

TV+TP393

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：1000-1123（2016）06-0058-02

2016-02-27

高紅光，高級工程師。